黑果花楸果實多酚提取工藝的研究

楊苑藝，李晶瑩，吳佳琳，高玉梅，杜春艷

(1．東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，哈爾濱150040;2．黑龍江省牡丹江市林業(yè)局，黑龍江牡丹江157011)

黑果花楸(Aornial mealnocarpa)為薔薇科(Roseeeae)腺肋花楸屬的多年生落葉灌木。原產(chǎn)自美國東北部，后來被我國引進［1］。樹高1．5～2．5 m，樹皮光滑，一株樹木的枝條多達50條以上，多年生枝條灰褐色，新梢淡褐色［2］。根部發(fā)達，主根分布于30～40 cm土層中。果實為紫黑色漿果，球形，甜酸略有微澀味［3］。姜鎮(zhèn)榮等研究了遼西地區(qū)土壤酸堿性對黑果花楸生長的影響，發(fā)現(xiàn)土壤pH≥7．5時，選用硫酸亞鐵、硫磺粉或硫酸鉀等含硫的肥料可以改善土壤酸堿性［4］;高曄華等對黑果花楸組培苗增殖進行了初步研究，結(jié)果表明:MS為適合黑果腺肋花楸組培苗生長的基本培養(yǎng)基;激素處理為BA0．5 mg/L，NAA0．3 mg/L時植株生長健壯，鮮重、干重分別達到最大值，增殖系數(shù)達到8．0［5］;李夢莎等對超聲提取黑果花楸花色苷工藝進行了優(yōu)化，結(jié)果表明，最佳提取參數(shù)為乙醇體積分?jǐn)?shù)80%，提取溫度50℃，提取時間48 min，在此條件下黑果花楸果花色苷提取量為39．80 mg/g［6］。植物多酚(plant polyphenol)［7］是分子中具有多個羥基酚類植物成分的總稱［8］，植物成分中多酚的含量僅次于纖維素、半纖維素和木質(zhì)素［9］，主要存在于植物體的皮、根、葉、殼和果肉中［10］。研究表明植物多酚具有極強的抗氧化活性［11］，此外還具有抗心血管病、抗腫瘤、降血糖、抗老化和抗輻射等作用［12］。黑果花楸果實富含多酚，具有非凡的保健作用，在歐美地區(qū)已廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥和功能食品工業(yè)，而國內(nèi)還鮮有對其果實多酚的研究報道。

本研究以珠磨法從黑果花楸的果實中提取多酚，以期獲得最佳的多酚提取工藝，為黑果花楸的開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 試驗方法

1．1 試驗材料

黑果花楸果實，產(chǎn)地俄羅斯，由東北林業(yè)大學(xué)森林保護學(xué)科提供。

1．2 主要試劑

無水乙醇，蒸餾水，無水碳酸鈉來自天津市東麗區(qū)天大化學(xué)試劑;沒食子酸，福林-酚試劑來自Sigma公司

1．3 主要儀器

ALC-1104電子天平來自北京賽多麗絲儀器系統(tǒng)有限公司;RE-52A旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器來自上海亞榮生化儀器廠;722S可見分光光度計來自上海精密科學(xué)儀器有限公司;ZD-85恒溫振蕩箱來自國華企業(yè)

1．4 試驗方法

1．4．1 原料預(yù)處理

將黑果花楸果實洗凈晾干后，每次試驗準(zhǔn)確稱取一定重量，用研缽研成果漿直接進行后續(xù)的提取試驗。

1．4．2 Folin-ciocalteu 法測定多酚含量

(1)標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立。準(zhǔn)確稱取50．0mg沒食子酸，先加入少量蒸餾水待沒食子酸完全溶解后，加入蒸餾水定容至500 mL，混合均勻得濃度為100 μg/mL的沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)液。量取該標(biāo)準(zhǔn)溶液0．125、 0．250、 0．375、 0．500、 0．625、 0．750、0．875 mL于10 mL容量瓶中，加少量蒸餾水，搖勻后加2．5 mL的0．2 mol/L福林試劑，4 min后加入2．5 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的碳酸鈉溶液，加蒸餾水定容至10 mL，45℃水浴條件下保持15min，測定溶液在765 nm波長處的吸光值(A765)。進行3組平行試驗，以吸光度為縱坐標(biāo)，沒食子酸含量(μg)為橫坐標(biāo)回歸得標(biāo)準(zhǔn)曲線方程。

(2)黑果花楸果實多酚含量的測定。準(zhǔn)確吸取1 mL的多酚提取液于10 mL的棕色容量瓶中，加入5 mL的5%的福林酚試劑，搖勻放置3～8 min后加入4 mL的7．5%的碳酸鈉溶液，暗處放置1 h，測定溶液在750 nm波長處的吸光值，將吸光值代入標(biāo)準(zhǔn)曲線方程計算溶液的多酚含量［13］。

1．4．3 黑果花楸果實多酚的提取

本試驗是以多酚得率為指標(biāo)來衡量各因素對多酚提取效果的影響。

(1)液料比對黑果花楸果實多酚得率的影響。分別將一定質(zhì)量的果漿(按液料比為10 mL/g、20、30、40、50、60、70 mL/g)分別加入濃度為50%的乙醇，在50℃條件下提取60 min，搖床轉(zhuǎn)速為180 r/min，珠填充量為60%，珠直徑為0．2 cm，抽濾，40℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除乙醇，測定多酚含量步驟同1．4．2中的(2)，以公式(1)計算多酚得率。

(2)提取時間對黑果花楸果實多酚得率的影響。分別將一定質(zhì)量的果漿按最佳液料比加入50%的乙醇，在50℃的條件下分別提取0．5、1、1．5、2、2．5、3、3．5 h，搖床轉(zhuǎn)速為 180 r/min，珠填充量為60%，珠直徑為0．2 cm，抽濾，40℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除乙醇，測定多酚含量步驟同1．4．2中(2)，以公式(1)計算多酚得率。

(3)珠填充量對黑果花楸果實多酚得率的影響。分別將一定質(zhì)量的果漿按最佳液料比加入濃度為50%的乙醇，在50℃條件下按珠填充量為20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%以最佳時間進行提取，搖床轉(zhuǎn)速為180 r/min，珠直徑為0．2 cm，抽濾，40℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除乙醇，測定多酚含量步驟同1．4．2中(2)，以公式(1)計算多酚得率。

(4)珠直徑對黑果花楸果實多酚得率的影響。分別將一定質(zhì)量的果漿按最佳液料比加入濃度為50%的乙醇，在50℃條件下按最佳珠填充量分別加入珠直徑為 0．2、0．3、0．4、0．5 cm 的研磨珠，以最佳時間進行提取，搖床轉(zhuǎn)速為180 r/min，抽濾，40℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除乙醇，測定多酚含量步驟同1．4．2中(2)，以公式(1)計算多酚得率。

(5)提取溫度對黑果花楸果實多酚得率的影響。分別將一定質(zhì)量的果漿按最佳液料比加入濃度為50%的乙醇，按最佳珠填充量加入最佳珠直徑的研磨珠，分別在20、30、40、50℃的條件下以最佳時間進行提取，搖床轉(zhuǎn)速為180 r/min，抽濾，40℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除乙醇，測定多酚含量步驟同1．4．2中(2)，以公式(1)計算多酚得率。

(6)搖床轉(zhuǎn)速對黑果花楸果實多酚得率的影響。分別將一定質(zhì)量的果漿按最佳液料比加入濃度為50%的乙醇，按最佳珠填充量加入最佳珠直徑的研磨珠，設(shè)置搖床轉(zhuǎn)速分別為100、120、140、160、180、200 r/min，在最佳提取溫度條件下以最佳提取時間進行提取，抽濾，40℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除乙醇，測定多酚含量步驟同1．4．2中(2)，以公式(1)計算多酚得率。

(7)黑果花楸果實多酚最佳提取條件的確定

通過上述單因素實驗，確定了提取黑果花楸果實多酚最適宜的液料比、提取時間、珠填充量、珠直徑、提取溫度及搖床轉(zhuǎn)速。根據(jù)單因素選出對多酚提取率顯著影響的三個單因素，設(shè)計響應(yīng)面，優(yōu)化黑果花楸果實多酚提取工藝［14］。

2 結(jié)果與分析

2．1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立

以沒食子酸為標(biāo)準(zhǔn)，采用福林-酚比色法(Folin-Ciocalteu)測定黑果花楸果實中總多酚含量，測定溶液吸光度值，以吸光度值與沒食子酸含量(μg)回歸得標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為:y=0．0116x+0．041，R2=0．999 5，其中，y 為吸光值;x 為沒食子酸含量，μg;標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖1所示。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig．1 Standard curve

2．2 單因素對黑果花楸果實多酚得率的影響

2．2．1 液料比對黑果花楸果實多酚得率的影響

在提取溫度為50℃，提取時間為2 h，珠填充量為60%，搖床轉(zhuǎn)速為180 r/min，珠直徑為0．2 cm的條件下，改變液料比，考察不同液料比對黑果花楸果實多酚提取效果如圖2所示。

圖2 液料比對黑果花楸果實多酚得率的影響Fig．2 Effect of solvent to material on the extraction rate of polyphenol

由圖2可見，液料比對黑果花楸果實多酚多酚得率的影響較大，液料比在10 mL/g至60 mL/g內(nèi)變化時，多酚得率呈上升趨勢，在液料比為60 mL/g時得率達到最大，而后趨向平穩(wěn)，并略有降低，這是由于隨著液料比的增加，加入的乙醇量增多，對多酚的提取作用增強，因而多酚得率逐漸增加，當(dāng)液料比達到60 mL/g時，加入的乙醇量已經(jīng)對多酚提取充分，而后再加入更多的乙醇，多酚提取率也不會有很大的改變，略有降低可能是試驗過程中的誤差所致?？紤]到生產(chǎn)成本，最終確定最佳液料比為50 mL/g。

2．2．2 提取時間對黑果花楸果實多酚得率的影響

在提取溫度為50℃，液料比為50 mL/g，珠填充量為60%，搖床轉(zhuǎn)速為180 r/min，珠直徑為0．2 cm的條件下，改變提取時間，考察不同提取時間對黑果花楸果實多酚提取效果如圖3所示。

圖3 提取時間對黑果花楸果實多酚得率的影響Fig．3 Effect of extraction time on the extraction rate of polyphenol

由圖3可見，提取時間對黑果花楸果實多酚得率的影響不是很大，提取時間在0．5 h至2 h內(nèi)變化時，多酚得率隨時間延長呈增長趨勢，在提取時間為2 h時多酚得率達到最高，之后繼續(xù)延長提取時間，多酚得率逐漸下降，這是由于珠磨法提取多酚是由研磨珠在振蕩過程中破碎果漿而提取出來的，剛開始隨著時間的增長，振蕩時間加長，研磨珠對果漿的破碎效果也增強，因而多酚得率有所上升，當(dāng)提取時間達到2 h時研磨珠對果漿破碎最充分，多酚得率也就達到最高，之后隨著時間的延長，研磨珠在振蕩過程中對多酚也起到了一定的破碎作用，因而使多酚得率降低。因此確定最佳提取時間為2 h。

2．2．3 珠填充量對黑果花楸果實多酚得率的影響

在提取溫度為50℃，液料比為50 mL/g，提取時間為2 h，搖床轉(zhuǎn)速為180 r/min，珠直徑為0．2 cm的條件下，改變珠填充量，考察不同珠填充量對黑果花楸果實多酚提取效果如圖4所示。

圖4 珠填充量對黑果花楸果實多酚得率的影響Fig．4 Effect of bead loading level on the extraction rate of polyphenol

由圖4可見，珠填充量對黑果花楸果實多酚得率影響較小。珠填充量在20%至60%內(nèi)變化時，多酚得率逐漸增加，在珠填充量為60%時多酚得率達到最高，而珠填充量為60%至80%時，多酚得率有所下降，其原因與時間對多酚得率的影響原因類似，當(dāng)珠填充量較少時，隨著珠填充量的增加，研磨珠對果漿研磨效果增強，使得多酚得率呈上升的趨勢，當(dāng)珠填充量達到60%時研磨珠對果漿的研磨效果達到最強，因而多酚得率也達到最高，之后再增加珠填充量，研磨珠會一定的程度的破碎多酚，使得多酚得率降低。因此確定最佳珠填充量為60%。

2．2．4 珠直徑對黑果花楸果實多酚得率的影響

在提取溫度為50℃，液料比為50 mL/g，提取時間為2 h，搖床轉(zhuǎn)速為180 r/min，珠填充量為60%的條件下，改變珠直徑，考察不同珠直徑對黑果花楸果實多酚提取效果如圖5所示。

圖5 珠直徑對黑果花楸果實多酚得率的影響Fig．5 Effect of bead loading level on the extraction rate of polyphenol

由圖5可見，珠直徑對黑果花楸果實的多酚得率影響較小。多酚得率隨著珠直徑的增大呈直線下降趨勢，原因可能是珠直徑越大，同樣的珠填充量的條件下珠的表面積就越小，研磨珠對果漿的研磨不夠充分研磨，從而使多酚得率降低。因此確定最佳珠直徑為0．2 cm。

2．2．5 提取溫度對黑果花楸果實多酚得率的影響

在珠直徑為0．2 cm，液料比為50 mL/g，提取時間為2 h，搖床轉(zhuǎn)速為180 r/min，珠填充量為60%的條件下，改變提取溫度，考察不同提取溫度對黑果花楸果實多酚提取效果如圖6所示。

圖6 提取溫度對黑果花楸果實多酚得率的影響Fig．6 Effect of extraction temperature on the extraction rate of polyphenol

由圖6可見，提取溫度對黑果花楸果實多酚得率影響較大。溫度在20～50℃變化時，多酚得率隨著提取溫度的增加而呈顯著上升趨勢，提取溫度為50℃時多酚得率達到最大，本試驗沒有考察提取溫度為60℃時對多酚得率的影響主要是因為試驗儀器最高溫只能達到50℃，并且有研究表明，多酚在60℃時就開始氧化，因此確定最佳提取溫度為50℃。

2．2．6 搖床轉(zhuǎn)速對黑果花楸果實多酚得率的影響

在珠直徑為0．2 cm，液料比為50 mL/g，提取時間為2 h，提取溫度為50℃，珠填充量為60%的條件下，改變搖床轉(zhuǎn)速，考察不同搖床轉(zhuǎn)速對黑果花楸果實多酚提取效果如圖7所示。

由圖7可見，搖床轉(zhuǎn)速對黑果花楸果實多酚得率影響較小。當(dāng)搖床轉(zhuǎn)速在100～200 r/min變化時，多酚得率隨著搖床轉(zhuǎn)速的增加而呈緩慢上升趨勢，轉(zhuǎn)速為200 r/min時得率達到最大，這是由于在同樣的提取時間下，搖床轉(zhuǎn)速越大，研磨珠對果漿的破碎作用越強烈，破碎果實越充分，因而使多酚得率逐漸上升。但是由于轉(zhuǎn)速為180 r/min時的得率與轉(zhuǎn)速為200r/min的得率相差很小，考慮到工廠的生產(chǎn)成本，最終確定最佳轉(zhuǎn)速為180 r/min。

圖7 搖床轉(zhuǎn)速對黑果花楸果實多酚得率的影響Fig．7 Effect of shaking speed on the extraction rate of polyphenol

2．3 黑果花楸果實多酚提取條件優(yōu)化

2．3．1 黑果花楸果實多酚珠磨法提取各因素水平的建立

以單因素試驗為基礎(chǔ)，選出其中對多酚得率影響最顯著的3個因素，根據(jù)Central-Composite設(shè)計試驗，建立響應(yīng)面試驗的各個因素水平見表1。

表1 因素水平表Tab．1 Factor levels

2．3．2 黑果花楸果實多酚珠磨法提取響應(yīng)面試驗結(jié)果與分析

按以上設(shè)計的因素水平對黑果花楸果實進行珠磨法提取，抽濾，40℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除乙醇，定容至100 mL，稀釋一定倍數(shù)測其多酚含量，測定結(jié)果見表2。

表2 響應(yīng)面分析方案及試驗結(jié)果Tab．2 analyzing alternatives and test results response surface

2．3．3 回歸方程的建立與檢驗

通過 MyDesign．dx8．0．6 響應(yīng)面軟件對 Central-Composite試驗設(shè)計方案得到的實驗結(jié)果進行分析，得到黑果花楸果實多酚提取因素的響應(yīng)面回歸方程為:

Y=27．03+0．89A+0．63B+0．58C-0．064AB-0．44AC-0．12BC-1．26A2-1．30B2-1．24C2

為了確定液料比、提取時間、珠填充量對多酚得率的影響程度，對響應(yīng)面數(shù)據(jù)得到的數(shù)學(xué)模型進行方差分析，見表3。

表3 提取參數(shù)數(shù)學(xué)回歸分析結(jié)果Tab．3 Extract parameter mathematical regression analysis results

由方差分析結(jié)果可知，對該二次多項式方程進行失擬性檢驗的P值為0．055 6，說明失擬性差異不顯著，二次多項式方程顯著性檢驗的P值為0．001 2，表明該方程的擬合度顯著，以上數(shù)據(jù)說明二次多項式回歸方程的預(yù)測值與實際值吻合度較好，證明模型成立。此外，在方差分析中的F值越大，表明實驗因素對指標(biāo)的影響越大。根據(jù)各因素的F值，三種提取條件對黑果花楸果實多酚得率影響的大小順序為:液料比(F值=10．52)＞時間(F值=5．16)＞珠填充量(F值=4．37)。

通過軟件Design Expert8．0．6基于實驗數(shù)據(jù)計算得出結(jié)果，黑果花楸果實多酚提取最優(yōu)條件為:液料比為 63．20，時間為 2．11 h，珠填充量為61．65%，在此條件下，多酚得率為27．29 mg/g。

在優(yōu)化了三種提取條件之后，本研究利用響應(yīng)面法對這三種提取條件兩兩之間的交互作用進行了三維曲面模擬并進行了分析，模擬結(jié)果如圖8～圖10所示。

圖8 液料比與時間的交互作用響應(yīng)面圖Fig．8 Interaction of the solvent to material and time response surface figure

圖9 液料比與填充量的交互作用響應(yīng)面圖Fig．9 Interaction of the solvent to material and loading level response surface figure

圖10 填充量與時間的交互作用響應(yīng)面圖Fig．10 Interaction of the loading level and time response surface figure

由方差分析結(jié)果可知，在對黑果花楸果實多酚的提取過程中三種提取條件兩兩之間交互作用的強弱順序結(jié)果為:液料比-填充量(F值=1．49)＞時間-填充量(F值=0．11)＞液料比-時間(F值=0．031)。

由方差分析結(jié)果可知，液料比因素(P值=0．008 8)對黑果花楸果實多酚提取得率有極顯著的影響，時間因素(P值=0．046 5)對多酚得率有顯著影響，填充量因素(P值=0．063 1)的顯著性較低，說明填充量對多酚提取效果影響較小。

2．3．4 黑果花楸果實多酚珠磨法提取工藝驗證試驗

按照軟件Design Expert8．0．6分析得到的最優(yōu)提取條件:液料比63．20 mL/g，時間2．11 h，珠填充量61．65%進行試驗，結(jié)果多酚得率為27．27 mg/g，與預(yù)測得率誤差為0．02%，試驗結(jié)果可靠，具有一定的實際預(yù)測性。

3 結(jié)論

響應(yīng)面試驗結(jié)果表明，三種主要因素對黑果花楸果實多酚得率的影響順序依次為:液料比＞時間＞珠填充量。液料比對多酚得率有極顯著的影響，時間對多酚得率的影響為顯著，而珠填充量對多酚得率影響不大，因此，在實際操作中，應(yīng)注意調(diào)節(jié)好液料比與時間的關(guān)系，更能有效的提取多酚。珠磨法提取黑果花楸果實多酚的最佳工藝為:液料比63．20 mL/g，時間 2．11 h，珠填充量 61．65%，預(yù)測多酚得率為27．29 mg/g，試驗結(jié)果多酚得率為27．27 mg/g，誤差為0．02%，說明試驗結(jié)果可靠。本研究為采用珠磨法提取黑果花楸果實多酚提供理論基礎(chǔ)，為黑果花楸的開發(fā)利用提供了新的思路。

［1］王朝輝．富康源黑果花楸栽培技術(shù)［J］．新農(nóng)業(yè)，2015(2):36-37．

［2］ 佐藤碩夫．黑果花楸［J］．國外林業(yè)，1989(2):16-18．

［3］張海波，孫 毅，周 丹．黑果花楸的培育技術(shù)與開發(fā)利用［J］．林業(yè)科技，2002，27(3):56-57．

［4］姜鎮(zhèn)榮，馬興華，韓文忠，等．遼西地區(qū)土壤酸堿性對黑果腺肋花楸生長的影響與改良辦法［J］．陜西林業(yè)科技，2013(4):31-33．

［5］高曄華，郭朋偉，吳榮哲．黑果腺肋花楸組培苗增殖的初步研究［J］．北方園藝，2012(17):119-121．

［6］李夢莎．響應(yīng)面法優(yōu)化超聲提取黑果腺肋花楸花色苷工藝的研究［J］．中國釀造，2014，33(9):129-133．

［7］劉團飛，顏秀花，云 志，等．玉米須中植物多酚的提取及其抗氧化性研究［J］．廣州化工，2015，43(8):64-66．

［8］ Dixit A K，Bhatnagar D，Kumar V，et al．Antioxidant potential and radioprotective effect of soy isoflavone against gamma irradiation induced oxidative stress［J］．Journal of Functional Foods，2012，4(1):197-206．

［9］李昊陽，夏繼橋，楊連玉，等．植物多酚的抗氧化能力及其在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］．動物營養(yǎng)學(xué)報，2013，25(11):2529-2534．

［10］陳 亮，李醫(yī)明，陳凱先，等．植物多酚類成分提取分離研究進展［J］．中草藥，2013，44(11):1501-1507．

［11］馬 力，陳永忠．植物多酚的生物活性研究進展［J］．食品工程，2012(21):119-121．

［12］左麗麗，王振宇，樊梓鸞，等．植物多酚類物質(zhì)及其功能研究進展［J］．中國林副特產(chǎn)，2012(5):39-42．

［13］張國治，薛 慧．芒果皮中多酚提取工藝的優(yōu)化［J］．河南工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2011，32(3):35-40．

［14］普亦鑫，周文化，蔣愛民，等．響應(yīng)面法優(yōu)化檳榔中多酚提取工藝條件的研究［J］．中國農(nóng)學(xué)通報，2010(12):334-338．